粉煤灰高性能混凝土性能的实验研究

2022-09-10

高性能混凝土是一种以良好的工作性、力学性能、体积稳定性和耐久性为基本特征的混凝土。基于高性能混凝土的优良性能, 工程上应用即使无严格的击实保证措施, 也能获得密实的混凝土, 特别时一些结构细部或形状复杂的结构, 无需振捣, 混凝土即能自动填充密实, 不会因漏振或振捣不而造成结构的可靠性下降。

在高性能混凝土中掺入一定量的粉煤灰配制粉煤灰高性能混凝土, 一方面能够取代部分水泥、改善混凝土拌合物工作性、减缓水化放热、提高混凝土后期强度、提高混凝土抗渗性和耐久性;另一方面可以将工业废渣 (粉煤灰) 变为建筑材料, 即经济又环保;因此研究粉煤灰混凝土具有重大现实意义。

总之, 高性能混凝土性能好而且节能, 是一种很有发展前途的混凝土, 因其符合混凝土和钢筋混凝土的结构施工和使用要求, 适用范围很广。高性能混凝土的出现加强了人们对粉煤灰应用的重新认识。

1 实验方法

1.1 实验原材料

水泥原料为太原狮头P·O42.5, 其比表面积为351m2/kg、标准稠度需水量27.6%、初凝时间130min、终凝时间225min、安定性沸煮法合格。碎石为太原北郊5-26.5连续级配碎石;砂子采用忻州豆罗中砂;碎石、砂子各项指标均符合《普通混凝土用砂、碎石质量及检验方法标准》 (JGJ 52-2006) 要求。矿粉为S95级矿粉, 其含水率0.17%、烧矢量1.09%、比表面积418m2/kg、需水量98%。减水剂为武汉格瑞林ST-010高效减水剂, 其减水率27.4%、含气量5.3%、抗压强度比147%。粉煤灰为太原一电厂提供的I级粉煤灰, 指标如表1所示。

1.2 实验方案

坍落度、抗渗等级、抗压强度按《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行测定。混凝土配合比按行业《规范普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ 55-2000) 进行设计。设计参数为:坍落度30mm~50mm、设计强度30MPa、试配强度38.2MPa;配合比如表2所示。

按照表2配合比拌和混凝土, 测定坍落度;成型并在标准条件 (温度20±2℃, 湿度不小于95%) 下养护, 进行抗渗性实验, 28d、56d抗压强度实验。

2 实验结果及讨论

2.1 坍落度

分析图1可知, 随着粉煤灰掺量的增加, 坍落度随之增大, 混凝土的工作性能得到改善。这是由于在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒表面光滑, 粉煤灰颗粒绝大多数为玻璃球体, 掺入混凝土中可减小内摩擦力, 从而减少混凝土的用水量, 起减水作用, 导致坍落度增大。

2.2 抗渗性

对不同掺量粉煤灰混凝土试件标准养护到56d, 做抗渗试验, 分析图2可得, 粉煤灰的加入有效提高了混凝土的抗渗性, 但并不是无限制的增加, 最佳掺量在40%左右。粉煤灰对混凝土抗渗性的影响主要是粉煤灰的微集料效应起作用, 粉煤灰微细颗粒均匀分布在水泥浆内, 填充孔隙和毛细孔并使混凝土内部的孔结构得到改善, 孔径不断细化, 孔道曲折程度增大, 从而提高粉煤灰混凝土的抗渗透能力。

2.3 抗压强度

由图3可知, 粉煤灰的加入对混凝土的强度产生影响, 粉煤灰的水化反应缓慢, 粉煤灰混凝土的早期强度低于素混凝土的早期强度。随着龄期的增长, 粉煤灰的活性效应逐步发生作用。活性成分的火山灰反应生成的水化硅酸钙C—S—H凝胶, 填充水泥石中的毛细孔隙, 阻断渗透通道, 使混凝土更加密实, 从而提高混凝土的后期强度以及抗渗性, 抗渗性的提高, 水和侵蚀介质就难以进入混凝土的内部, 因而提高了混凝土的耐久性。因粉煤灰的水化发应缓慢, 在保持混凝土的胶结材总量不变的条件下, 掺加粉煤灰相应地降低了混凝土中的水泥用量, 粉煤灰在混凝土中由于火山灰反应要放出水化热, 但其反应要滞后于混凝土中的水泥水化反应, 而且反应时间持续很长, 其反应热可以忽略, 粉煤灰有良好的温峰削减效应, 能减少因温升过大在混凝土内部产生内应力而引起的开裂, 提高混凝土体积稳定性。这对解决大体积混凝土因内应力引起的开裂有很大帮助;因粉煤灰早期强度低对于有早强要求的混凝土不适合掺加粉煤灰。

3 粉煤灰在混凝土中的效应与作用

粉煤灰作为一种大宗工业废渣, 其具有“形态效应”、“微集料效应”和“活性效应”, 大量实验证明粉煤灰的玻璃相落在项图中莫来石区域或者钙长石的上半部, 有助于提高混凝土的抗硫酸盐的侵蚀;粉煤灰的加入可以取代部分水泥作为混凝土的胶凝材料, 粉煤灰的微集料效应, 有助于减少混凝土的孔隙率, 增加密实度, 这就有助于提高混凝土的抗渗性, 从而提高混凝土的耐久性。所以研究粉煤灰混凝土具有十分重要的意义。

4 结语

(1) 粉煤灰的形态效应改善了混凝土的工作性, 更加有利于施工;粉煤灰的微集料效应改善了混凝土内部微观结构, 填塞了水泥石中的毛细孔隙, 堵塞渗透通道, 增强混凝土的密实度, 增大其渗透阻力, 从而提高混凝土抗冻性、抗渗性以及抗侵蚀, 从而使混凝土满足耐久性设计。 (2) 粉煤灰的加入对混凝土的强度产生影响, 由于粉煤灰的水化发应缓慢, 粉煤灰混凝土的早期强度低于素混凝土的早期强度, 但是随着龄期的增长, 粉煤灰的活性效应逐步发生作用, 活性成分的火山灰反应生成的水化硅酸钙C—S—H凝胶, 填充水泥石中的毛细孔隙, 阻断渗透通道, 使混凝土更加密实, 从而提高混凝土的后期强度, 56d强度显著提高。 (3) 通过试验结果分析, 大掺量粉煤灰高性能混凝土的最佳掺量范围应为30%~40%, 在此范围内既能满足混凝土的工作性又能保证混凝土强度。 (4) 绿色混凝土是当代建材工业发展的主要方向之一, 粉煤灰在混凝土中的大量应用, 很好解决了粉煤灰的污染问题;据调查太原地区P·O42.5水泥每吨价格在460元左右, 粉煤灰每吨的价格在200元左右, 所以从经济上考虑, 在保证混凝土各项性能指标的前提下加大粉煤灰的掺量, 可以大大减小工程造价, 节约开支。

摘要：在温度为20℃, 湿度不小于50%的室内试拌, 标准条件下养护, 通过测定粉煤灰高性能混凝土的工作性、抗渗性、抗压强度等指标考察了粉煤灰掺量对混凝土性能的影响。试验结果表明, 粉煤灰掺量小于40%时, 粉煤灰的掺量与混凝土的工作性、抗渗性、56天抗压强度成正相关;掺量大于40%各项指标均有所下降。

关键词：高性能混凝土,粉煤灰,耐久性,抗渗性,掺量